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1、單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,1,3.1,防爆安全的基本概念,在生產(chǎn)現(xiàn)場存在各種易燃，易爆氣體或蒸汽，或者存在爆炸性粉塵，易燃纖維。它們與空氣混合，具有爆炸危險(xiǎn)，其空間成為具有不同程度的爆炸危險(xiǎn)場所。,第三章 防爆安全柵,在大氣條件下，氣體蒸汽、簿霧、粉塵或纖維狀的易燃物質(zhì)與空氣混合，點(diǎn)燃后燃燒將在整個范圍內(nèi)傳播的混和物，稱為爆炸性混合物。,含有爆炸性混合物的環(huán)境，稱為爆炸性環(huán)境。,2,一、危險(xiǎn)場所的劃分,按國家,1987“,爆炸危險(xiǎn)場所電氣安全規(guī)程”將爆炸危險(xiǎn)場所分為兩類,5,級。,1.,第一類場所,爆炸性氣體或可燃蒸汽與空氣混合形成

2、爆炸性氣體的場所，按危險(xiǎn)程度分為,3,級：,0,級區(qū)域：爆炸性氣體連續(xù)地、短時間頻繁出現(xiàn)、長時間存在；,1,級區(qū)域：爆炸性氣體可能出現(xiàn)；,2,級區(qū)域：僅在不正常情況下偶爾短時間出現(xiàn)。,3,2.,第二類場所,爆炸性粉塵或易燃纖維與空氣混合形成爆炸性混合物的場所,按危險(xiǎn)程度分為,2,級：,10,級區(qū)域：爆炸性混合物連續(xù)地、短時間頻繁出現(xiàn)、長時間存在；,11,級區(qū)域：僅在不正常情況下偶爾出現(xiàn)爆炸性混合物。,二、防爆儀表分類、分級和分組,分類：,自動化儀表屬于低壓電氣設(shè)備，在危險(xiǎn)場所用的自動化儀表要按電氣設(shè)備防爆規(guī)程管理。規(guī)程規(guī)定防爆電氣可制成隔爆型、本安型等,10,種結(jié)構(gòu)類型。,4,自動化儀表防爆結(jié)

3、構(gòu)主要有兩種：,隔爆型：標(biāo)志為“,d”,；,本安型：標(biāo)志為“,i”,。,隔爆型儀表結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：,外殼耐壓（,8,10,）,102Kpa,；,表殼溫升低于爆炸性氣體的自燃溫度；,表殼結(jié)合面的縫隙寬度、深度按其容積和氣體級別采取規(guī)定的值。,本安型儀表是指正常狀態(tài)和故障狀態(tài)下，電路及設(shè)備產(chǎn)生的火花能量和達(dá)到的溫度都不會引起易爆性氣體爆炸的防爆類型?，F(xiàn)代本安防爆概念是指整個自動化系統(tǒng)的防爆性能符合本質(zhì)安全防爆要求。,5,不同的危險(xiǎn)等級對電氣設(shè)備的防爆要求不同，煤礦井下用電氣設(shè)備屬,類設(shè)備；有爆炸性氣體的工廠用電氣設(shè)備屬,類設(shè)備；有爆炸性粉塵的工廠用電氣設(shè)備屬,類設(shè)備。,對于,類電氣設(shè)備，電路電壓限制在,

4、30VDC,時，各種爆炸性混合物按最小引爆電流分為三級。,爆炸性混合物的最小引爆電流,級 別,最小引爆電流（,mA）,爆炸性混合物種類,i,120,甲烷、乙烷、汽油、甲醇、乙醇、丙酮、氨、一氧化碳,70,i,120,乙烯、乙醚、丙烯晴等,i,70,氫、乙炔、二硫化碳、市用煤氣、水煤氣、焦?fàn)t煤氣等,6,2,、,安全火花防爆系統(tǒng),電動儀表存在電路打火的可能。如果從電路設(shè)計(jì)就開始考慮防爆，把電路在短路、開路及誤操作等各種狀態(tài)下可能發(fā)生的火花都限制在爆炸性氣體的點(diǎn)火能量之下，則此儀表稱為安全火花防爆儀表。,安全火花防爆儀表只能保證本儀表內(nèi)部不發(fā)生危險(xiǎn)火花，對其它儀表通過信號線傳入的能量是否安全則無法保

5、證。如果在與其它儀表的電路連線之間設(shè)置安全柵，防止危險(xiǎn)能量進(jìn)入，則完全做到了安全火花防爆。,構(gòu)成安全火花防爆系統(tǒng)的二要素：,在危險(xiǎn)現(xiàn)場使用的儀表必須是安全火花防爆儀表（本安儀表）。,現(xiàn)場儀表與危險(xiǎn)場所之間的電路連接必須經(jīng)過安全柵（防爆柵）。,7,3.,本安自動化（安全火花）防爆系統(tǒng)的組成,它包括兩部分：安裝在危險(xiǎn)場所（現(xiàn)場）的本安電路；,安裝在非危險(xiǎn)場所的非本安電路。,如圖所示。為了防止非本安電路中過大能量進(jìn)入危險(xiǎn)場所的本安電路，兩者之間采用防爆安全柵。使整個系統(tǒng)具有本安防爆性能。,8,4.,本安防爆系統(tǒng)的特點(diǎn),1,）工作電壓低，工作電流?。?正常工作電壓,24VDC,，工作電流,20mADC

6、,故障電壓,35VDC,，故障電流,35mADC,。,儀表所用的電阻、電感、電容參數(shù)，保證在正?；蚬收蠣顟B(tài)所產(chǎn)生的火花能量不足以點(diǎn)燃爆炸性混合物；,2,）危險(xiǎn)場所和非危險(xiǎn)場所的電路用防爆安全柵隔離；,3,）現(xiàn)場儀表到控制室儀表的連線不得形成大的分布電容和電感；,9,5.,本安型防爆儀表的標(biāo)志,本安型防爆儀表的標(biāo)志為“,i”,，按等級分為“,ia”,適用于,0,區(qū)，“,ib”,適用于,1,區(qū)。,標(biāo)志銘牌上的防爆標(biāo)志分為四段：,ExABC,其中,Ex:,防爆儀表；,A:,防爆類型，例如,d,、,ia,、,ib,等；,B:,防爆類和級，例如,級、,A,、,B,、,C,等；,C:,儀表外面溫度級別，例

7、如,T1,T6,。,例如防爆儀表標(biāo)志銘牌上標(biāo)志為,ExdiaCT6,，指兼有隔爆和本安功能，可在,C,級,T6,組以下級別使用的防爆儀表。,10,3.3,防爆安全柵原理,防爆安全柵，防止危險(xiǎn)能量由安全場所進(jìn)入危險(xiǎn)場所，不影響儀表正常工作，安放在安全場所的入（出）口處。這樣對安全場所的儀表不作防爆要求。,防爆安全柵按結(jié)構(gòu)分類：齊納安全柵，變壓器隔 離式安全柵。,按用途分類：輸入端用，輸出端用。,一,.,齊納安全柵,11,齊納安全柵的防爆原理是用齊納二級管,VD,控制輸出電壓，用限流電阻,R,限制輸出電流，電路相對簡單。電路由快速熔斷器,FU,，限壓元件,VD1,、,VD2,（齊納二極管或二極管）

8、，限流電阻,R,（電阻器或非線性元件）三部分組成。在正常操作條件下，非本安端,3,、,4,之間所加的電壓低于最高電壓,V,max,（更低于齊納二極管的齊納電壓）,此時,VD,1,、,VD,2,處于不導(dǎo)通狀態(tài)，除有極微小的漏電流以外，是“開路”狀態(tài)，安全柵電路等效于一個電阻串聯(lián)在信號回路內(nèi)，只要漏電流小于規(guī)定值，安全柵電路就不會影響系統(tǒng)的正常工作。而當(dāng)非本安端發(fā)生故障，例如在非本安端,3,、,4,之間因某種原因混入高電壓，使齊納二極管,VD1,、,VD2,反向擊穿,呈“導(dǎo)通”狀態(tài)，此時齊納二極管,VD1,、,VD2,把混入的高電壓限制在齊納電壓上，在安全柵的本安端,1,、,2,上就不會出現(xiàn)高電壓

9、。齊納二極管一旦導(dǎo)通以后，其電流急劇上升（雪崩過程）把串聯(lián)在電路中的熔斷器,FU,瞬時熔斷，切斷了至現(xiàn)場的高電壓，防止了高電壓引爆現(xiàn)場爆炸性物質(zhì)的危險(xiǎn),從而保護(hù)了現(xiàn)場設(shè)備及人員的安全。,12,當(dāng)現(xiàn)場（危險(xiǎn)區(qū)內(nèi)）本安端,1,、,2,之間發(fā)生故障，例如負(fù)載短路了，安全柵電路中的限流電阻,R,立即起限流作用，把極大的短路電流限制在某一個電流值之內(nèi)，這個電流值是安全值，故現(xiàn)場也是安全的。齊納安全柵的安全保護(hù)作用，實(shí)際上是對能量的限制作用，在本質(zhì)安全防爆系統(tǒng)中，由于安全柵的功能，所以不論發(fā)生任何故障都保證傳輸?shù)浆F(xiàn)場（危險(xiǎn)區(qū)）的能量限制在一個安全值（不會點(diǎn)燃規(guī)定的分級、分組爆炸性氣體混合物），從而保證現(xiàn)場

10、安全。在正常工作時，齊納安全柵相當(dāng)于兩個電阻串入電路，因此對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)無須作改動。另外，齊納安全柵由于無信號的轉(zhuǎn)變，對原信號精度也沒有影響。,一般來講，齊納安全柵選型容易，不易損壞，對原系統(tǒng)結(jié)構(gòu)要求改動的地方比較少，價(jià)格方面，齊納安全柵要比隔離的便宜很多，這在需要使用很多安全柵的場合，齊納安全柵的價(jià)格優(yōu)勢明顯體現(xiàn)了出來。,13,1.,輸入端用齊納安全柵,1,）配二線制變送器齊納安全柵,其原理電路及系統(tǒng)組成如圖所示。圖中主要由兩部分組成：,齊納柵，變送器,齊納柵包括：電子集成化浮動電源,E,D,，齊納二極管,VD,1,、,VD,2,，電子變阻式限流電路,Z,，快速熔斷器,FU,。,注意：只能用于變

11、送器和電源共地的測量系統(tǒng)，一般是單獨(dú)電源供電。,14,2,）雙通道保護(hù)的齊納安全柵,原理電路及變送器組成系統(tǒng)如圖所示。其特點(diǎn)是變送器和電源,E,不共地，安全柵的安全側(cè)兩個端子,1,和,3,，任一個出現(xiàn)危險(xiǎn)高電壓，分別通過各自的齊納二極管進(jìn)行保護(hù)。變送器出現(xiàn)大電流由電子變阻式限流電路,Z,將電流限制在,25mA,以下。,15,阻抗匹配問題：,設(shè),R,a,:,負(fù)載儀表阻抗，,R,L,=r,1,+r,2,:,傳輸線路阻抗，,R,0,:,變送器元件負(fù)載阻抗,R,a,+R,L,+R,B,R,0,式中,R,0,（,E-V,0,）,/0.02,其中：,V,0,變送器無負(fù)載工作電壓，例如,12V;,E,：電源

12、電壓，一般,22,26VDC,，按,22V,考慮。,則,R,0,500,一般,R,a,250,，,R,B,130,（,20mA,），,則要求,R,B,R,L,250,這類齊納安全柵僅適用于,V,0,較低的變送器。選用時要特別注意阻抗匹配問題。,輸入端齊納安全柵還有：不接地?zé)犭娕己透邇?nèi)阻二次儀表配用，不接地?zé)犭娕己偷蛢?nèi)阻二次儀表配用，三線制熱電阻配用，脈沖輸入量，帶電容隔離開關(guān)量輸入用等。,16,2.,輸出端用齊納安全柵,齊納安全柵在安全側(cè)接調(diào)節(jié)器類儀表的輸出。在危險(xiǎn)側(cè)的負(fù)載儀表一般為電氣轉(zhuǎn)換器或電動閥門定位器。,按調(diào)節(jié)器輸出電路形式分為兩種：,發(fā)射極輸出，集電極輸出,（,1,）配發(fā)射極輸出型調(diào)

13、節(jié)器的齊納安全柵,其電路和系統(tǒng)組成如圖所示。發(fā)射極輸出時，調(diào)節(jié)器（輸出端一端接地）與安全柵共地。需要單通道保護(hù)。二極管,VD,防止信號極性接反時損壞安全柵（相當(dāng)于齊納二極管正向連接）。,17,（,2,）配集電極輸出型調(diào)節(jié)器的齊納安全柵,其電路和系統(tǒng)如圖所示。調(diào)節(jié)器的兩個輸出端均不接地。需要用雙通道齊納安全柵。安全柵的,1,和,3,（安全側(cè)）接調(diào)節(jié)器輸出，,2,和,4,接負(fù)載（現(xiàn)場危險(xiǎn)側(cè)），,1,和,3,端出現(xiàn)危險(xiǎn)的高電壓分別由兩組安全柵保護(hù)。,18,S2000,系列齊納安全柵能與各種現(xiàn)場的一次儀表如：,4,20mA,的壓力、溫度、流量、電信號變送器；電器轉(zhuǎn)換器、電氣閥門定位器、各類熱電偶、熱電

14、阻、開關(guān)量、報(bào)警器、脈沖信號等各種特殊儀表，組成本質(zhì)安全防爆系統(tǒng)，用于現(xiàn)代化工業(yè)的自動化過程控制，廣泛地用于石油化工、冶金、醫(yī)藥、船舶等領(lǐng)域?？上拗莆ｋU(xiǎn)能量進(jìn)入具爆炸性危險(xiǎn)氣體環(huán)境的可靠設(shè)備。,19,典型用途：,S2003:,開關(guān)、變送器、繼電器。,S2004,：報(bào)警器、開關(guān)、變送器。,S2005,、,S2006,、,S2007,：熱電偶、熱電阻。,S2008:,信號傳輸。,S2009:,電源、信號。,S2014,、,S2015,、,S2016,、,S2017:,交直流供電、信號。,S2022:,電氣閥門、定位器、電氣轉(zhuǎn)換器。,4,20mA,溫度、壓力、液位、物位變送器。,接線端子序號：非本安

15、端子為,1,、,2,；本安端子為,3,、,4,5,、,6,接地。,20,21,22,安全柵與一次儀表的配套要求,1.,安全柵應(yīng)安裝在非危險(xiǎn)區(qū)；,2.,導(dǎo)流條和機(jī)殼絕緣，各導(dǎo)流條之間要用線芯截面積,4mm,以上的銅導(dǎo)線或電纜線相互連接；,3.,使用前請認(rèn)真核對安全柵的型號、極性和工作電壓；,4.,禁止用兆歐表直接測量安全柵端子之間的絕緣。檢查系統(tǒng)線路時，必須斷開全部安全柵的接線；,5.,安全柵的本安端和非本安端的接線不允許接錯；,6.,一旦安全柵損壞，用戶不得自已修復(fù)，應(yīng)及時更換；,7.,本安防爆系統(tǒng)的基本組合條件為：,U,o,U,I,o,I,C,o,C,p,+C,L,o,L,p,+L,i,其中

16、：,U,o,為最高輸出電壓,;I,o,為最大輸出電流,;C,o,為最大負(fù)載電容,;L,o,為最大負(fù)載電感,;U,為一次儀表允許的最高輸入電壓,;I,為一次儀表允許的最大輸入電流,;C,為一次儀表的最大內(nèi)部等效電容,;L,i,為一次儀表的最大內(nèi)部等效電感,;C,p,為連接導(dǎo)線（或電纜）允許的最大分布電容,;L,p,為連接導(dǎo)線（或電纜）允許的最大分布電感。,23,二、變壓器隔離式安全柵,它是將危險(xiǎn)場所的本安電路與安全場所的非本安電路用變壓器進(jìn)行電隔離。只允許正常的電源能量和信號通過隔離變壓器，切斷了安全側(cè)高壓竄入危險(xiǎn)場所的通道，即使出現(xiàn)故障，有危險(xiǎn)能量傳過來，也會被限制器限制。,它分為輸入端用和輸出端用兩種形式。,（一）輸入端用隔離式安全柵,其原理示意圖如圖所示。,DC,24,它的作用：為二線制變送器提供直流電源電壓,24VDC,，用,實(shí)線表示，將來自變送器的,4,20mA,電流信號轉(zhuǎn)換為與之電氣,隔離的,4,20mA,（或,1,5V,）,DC,的電信號，用虛線表示。,1.,信號傳輸通道,它包括限制器、調(diào)制器、隔離變壓器、解調(diào)放大器。,由危險(xiǎn)側(cè)二線制變送器送來的,4,20mADC,信號經(jīng)限